-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Gießformen
oder Gießformteilen,
mit einem Werkzeug und einer unter Bildung wenigstens eines Durchgangs
mit dem Werkzeug verbindbaren Kammer für die Aufnahme von Formsand,
welche zur Austreibung von Formsand aus der Kammer über den
Durchgang in das Werkzeug druckbeaufschlagbar ist.
-
Mit
Hilfe derartiger Vorrichtungen werden Gießformen oder Gießformteile
hergestellt, indem zunächst
Formsand in die Kammer gefüllt
und dann über
einen Druckluftstoß der
Formsand aus der Kammer in das Formwerkzeug gedrückt wird, wobei in Werkzeughohlräumen verdrängte Luft über am Werkzeug
vorgesehene Luftaustritte entweichen kann.
-
Eine
Vorrichtung der voranstehend angegebenen Art ist aus der
EP 0 164 731 B1 bekannt.
Die bekannte Vorrichtung weist eine automatische Formteil-Erzeugungsvorrichtung
auf. Diese umfasst eine Formkammer mit aufeinander zu bewegbaren
Druckplatten und an den Druckplatten befestigte Formplatten sowie
einen Behälter,
um einen Vorrat von Formmaterial zu speichern. Der Behälter ist über der Formkammer
angeordnet und mit dieser über
einen trichterförmigen
Einlaß verbunden.
Dabei kann ein Druckgas in den Behälter über dem Formmaterialvorrat
eingeführt
werden, um das Formmaterial über
den trichterförmigen
Einlaß in
die Formkammer einzubringen. Darüber
hinaus kann weiteres Druckgas zum Fluidisieren des Materials in
dem Kehlenbereich des trichterförmigen
Einlasses benutzt werden. Die Besonderheit der in der
EP 0 164 731 B1 beschriebenen
Vorrichtung besteht dabei darin, daß der Druck des Druckgases über dem
Formmaterialvorrat in Abhängigkeit
von der Form des in Herstellung begriffenen Formteiles und der Druck
des zum Fluidisieren des Materials im Kehlenbereich des trichterförmigen Einlasses
benutzten Gases in Abhängigkeit
von der Form des in Erzeugung begriffenen Formteiles unabhängig voneinander
und kontinuierlich eingestellt werden kann. Praktische Erfahrungen
haben gezeigt, daß Vorrichtungen
dieser Art störanfällig sind.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum
Herstellen von Gießformen
oder Gießformteilen
der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, die in ihrer Störanfälligkeit
gegenüber bekannten
derartigen Vorrichtungen verbessert ist.
-
Die
diese Aufgabe lösende
Vorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine nach
der Druckbeaufschlagung zur Unterdrückung Formsandpartikel führender
Strömungen
in der Kammer die Druckentspannung steuernde Einrichtung.
-
Durch
die erfindungsgemäß gesteuerte
Druckentspannung wird weitgehend verhindert, daß Formsand in der Kammer aufgewirbelt
wird, der in mit der Kammer verbundene, zur Druckbeaufschlagung oder/und
Entlüftung
verwendete Ventile gelangen und deren Funktion dann erheblich beeinträchtigen kann.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die genannte Einrichtung zur Steuerung der Druckentspannung
entsprechend einer vorbestimmten Druck-Zeit-Funktion vorgesehen.
Durch eine solche Druck-Zeit-Funktion, bei der die zeitliche Änderung
des Drucks gewisse Grenzwerte nicht übersteigt, wird eine ruhige,
wirbelfreie Entlüftung
der Formsandkammer erreicht.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die Druck-Zeit-Funktion im Hinblick auf eine minimale Gesamtdauer
der Druckentspannung optimiert. Bei einer solchen optimierten Druck-Zeit-Funktion
liegt zu jedem Zeitpunkt die maximal mögliche zeitliche Verringerung
des Drucks vor, bei der gerade noch keine merkliche Mitnahme von
Formsandpartikeln durch die Luftströmung auftritt. Durch diese
Optimierung wird eine minimale Taktzeit für einen ein Füllen, eine
Druckbeaufschlagung und ein Entlüften
umfassenden Arbeitszyklus erreicht.
-
Die
genannte Einrichtung kann z.B. mit wenigstens einem Drucksensor
und einer Meßsignale des
Drucksensors empfangenden Regeleinrichtung zur Einregelung der Meßsignale
entsprechend der Druck-Zeit-Funktion versehen sein. In einer solchen Vorrichtung
läßt sich
die Druckentspannung in der Formsandkammer unabhängig von den gerade vorhandenen
Strömungswiderständen in
Druckführungsleitungen
und unabhängig
vom unter Druck stehenden Volumen in der Kammer erreichen.
-
Die
Einrichtung zur Steuerung der Druckentspannung umfaßt vorzugsweise
wenigstens ein in seinem Durchlaßquerschnitt veränderbares
Steuerventil, wobei das Steuerventil einen unter Veränderung
des Durchlaßquerschnitts über einen
insbesondere pneumatischen oder hydraulischen Stellantrieb bewegbaren
Schließkörper aufweist.
-
Vorzugsweise
besteht der Schließkörper aus einer
unter Schließung
des Steuerventils gegen eine Rohröffnung anlegbaren Ventilkugel
und einem mit der Ventilkugel verbundenen in die Rohröffnung vorstehenden,
sich verjüngenden
Ansatz. Durch einen derart gestalteten Schließkörper läßt sich ein breiter Variationsbereich
des Durchlaßquerschnitts
und ein dementsprechend breiter Variationsbereich der zeitlichen
Druckänderung
in der Kammer erzielen.
-
Der
Schließkörper kann über den
Stellantrieb entsprechend einer vorbestimmten Durchlaßquerschnitt-Zeit-Funktion,
die der vorbestimmten Druck-Zeit-Funktion entspricht, bewegbar sein,
wobei solche Funktionen für
eine gegebene Vorrichtung z.B. empirisch ermittelbar sind. Der Schließkörper kann
aber auch im Rahmen der bereits erwähnten Regelung zur Ein regelung
des Drucksensormeßsignals
entsprechend der Druck-Zeit-Funktion bewegbar sein, wobei ein Druckabfall
entsprechend der Druck-Zeit-Funktion unabhängig von den jeweils vorhandenen
Strömungswiderständen und
Druckvolumen des Systems erreichbar ist.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Steuerventil bei der Druckbeaufschlagung geschlossen
und zur Druckbeaufschlagung ist ein weiteres Ventil, insbesondere
eine Membranventil, vorgesehen. Durch Verwendung von zwei Ventilen
kann gewährleistet
werden, daß die
Druckbeaufschlagung stoßartig
unter maximalem Druckanstieg in der Kammer erfolgen kann, indem
das weitere Ventil zur schnellen Öffnung auf maximalen Durchlaßquerschnitt
ausgelegt ist. Zur schnellen Öffnung sind
Membranventile besonders geeignet. Die Forderung nach schneller Öffnung ließe sich
bei einem Steuerventil mit großer
Variationsbreite des Durchlaßquerschnitts
nur schwer verwirklichen, so daß zweckmäßig die
Belüftung über das
weitere Ventil und die anschließende
Entspannung über
das Steuerventil erfolgt.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist in der Kammer zwischen wenigstens einem Druckfluideinlaß und der
Formsandfüllung
eine insbesondere für
Formsandpartikel undurchlässige
Filtertrennwand, vorzugsweise unter Bildung eines Druckfluidströmungsverteilungsraums zwischen
der Filtertrennwand und dem Druckfluideinlaß, gebildet. Eine solche Filtertrennwand
hält die Ventile
beeinträchtigende
Formsandpartikel, die beim Entspannen der Kammer mitgerissen werden können, zurück, wobei
durch die gesteuerte Druckentspannung verhindert wird, daß sich die
Filtertrennwand durch mitgenommene Formsandpartikel schnell zusetzt.
Auf diese Weise wird ein optimaler Schutz der Ventile vor Formsandpartikeln
und ein störungsfreier
Betrieb der Vorrichtung über
lange Zeiträume
erreicht, wobei nur in großen
Zeitabständen
ein Auswechseln der Filtertrennwände
erforderlich ist.
-
In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Filtertrennwand
einen, vorzugsweise zwischen zwei Lochplatten oder Gittern gehalterten,
Textilfilter auf.
-
Ein
solcher Textilfilter ist so flexibel, daß er daran festsitzende Formsandpartikel
bei den zur Druckbeaufschlagung angewendeten Druckluftstößen nicht
halten kann und somit wieder freigeblasen wird. Vorteilhaft braucht
ein solcher Textilfilter erst nach sehr langen Betriebszeiten ausgewechselt
zu werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
weist der vorzugsweise zwischen zwei Lochplatten oder Gittern gehalterte
Textilfilter eine Porengröße bis zu etwa
120 μm auf.
Als Textilfilter wird vorzugsweise ein insbesondere aus einem Polyester
hergestelltes Vlies verwendet, wobei die Dicke im Bereich von 0,5 bis
1,5 mm und die Dichte im Bereich von 100 bis 200 g/m2 liegen
kann.
-
In
einer bevorzugten baulichen Ausführungsform
sind die genannten Lochplatten oder Gitter mit einem diese ringförmig einfassenden
Rahmen versehen, wobei vorzugsweise die untere Lochplatte bzw. das
untere Gitter auf einem Absatz des Rahmens aufliegt und vorzugsweise
damit verschweißt
ist.
-
In
einer Ausführungsform
der Erfindung weist das Werkzeug ein Werkzeugunterteil und ein, vorzugsweise
mit wenigstens einer Einfüllöffnung zur Bildung
des Durchgangs versehenes, Werkzeugoberteil auf, wobei die Kammer
in einem insbesondere dicht auf das Werkzeugoberfeil aufsetzbaren
Behälter
mit einem wenigstens eine Durchlaßöffnung zur Bildung des Durchgangs
aufweisenden Behälterboden
ausgebildet ist.
-
Der
Behälter
ist vorzugsweise durch eine dicht darauf aufsetzbare, insbesondere
mit der wenigstens einen Druckzuführung versehenen Deckhaube
abschließbar,
wobei die Deckhaube an ihrer Unterseite durch die Filterwand abgeschlossen
ist.
-
Die
Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden,
sich auf dieses Ausführungsbeispiel
beziehenden Zeichnungen näher
erläutert
und beschrieben werden. Es zeigen:
-
1 ein
Ausführungsbeispiel
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
für die
Herstellung von Gießformen
oder Gießformteilen
in verschiedenen Arbeitsphasen,
-
2 ein
Steuerventil der Vorrichtung von 1 in verschiedenen
Arbeitsphasen,
-
3 ein
Druckfluiddurchlaßventil
der Vorrichtung von 1 in verschiedenen Arbeitsphasen, und
-
4 ein
Zeitdiagramm eines Druckverlaufs in der Vorrichtung von 1.
-
Mit
dem Bezugszeichen 1 ist in der 1 ein Werkzeugunterteil
mit einem Formaufnahmeraum 2 bezeichnet. Das Werkzeugunterteil 1 weist
eine Vielzahl von Entlüftungsöffnungen
auf, von denen die Entlüftungsöffnungen 3 beispielhaft
gezeigt sind. In dem Formaufnahmeraum 2 sind nicht gezeigte
Formpositivteile untergebracht.
-
Mit
dem Bezugszeichen 4 ist ein Werkzeugoberteil bezeichnet,
das eine Vielzahl von trichterartigen Öffnungen aufweist, von denen
in der 1 nur die Öffnung 5 stellvertretend
für alle
weiteren Öffnungen
dargestellt ist.
-
Das
Bezugszeichen 6 weist federnde Zentrierungen für das Werkzeugoberteil 4 auf,
die hier nicht näher
zu erläutern
sind.
-
Auf
das Werkzeugoberteil 4 ist ein in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
aus drei Teilen zusammengesetzter Behälter 7 aufgesetzt.
Der Behälter 7 enthält ein Unterteil 8 mit
einem Boden 9, in dem im gleichen Muster wie die Öffnungen 5 des
Werkzeugoberteils 4 trichterförmige Öffnungen ausgebildet sind,
von denen in der 1 beispielhaft nur die Öffnung 10 gezeigt
ist. Wie der 1 zu entnehmen ist, bilden die Öffnungen 5 und 10 jeweils
trichterförmige
Durchgänge
zwischen dem Innenraum des Behälters 7 und
dem Formaufnahmeraum 2.
-
An
dem Behälterunterteil 8 sind
auf gegenüberliegenden
Seiten Haltezapfen 11 zur Aufhängung des Behälters 7 an
einer Halterung vorgesehen. Auf den Behälterunterteil 8 ist über eine
Flanschverbindung 12 ein Behältermittelteil 13 aufgesetzt,
auf welchem wiederum ein haubenartiger Behälteroberteil 14 aufsitzt.
-
Der
Behälteroberteil
ist durch eine druckluftdurchlässige
Filtertrennwand 15 nach unten hin abgeschlossen. Die Filtertrennwand 15 besteht
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
aus einem Vlies mit einer Porenweite von bis zum etwa 120 μm. Das Vlies
ist zwischen Lochblechen mit zueinander ausgerichteten Löchern angeordnet,
wobei die Lochbleche auf einem Innenflansch eines Ringhalters 16 aufliegen,
der in einer Innenrandabstufung 16 des haubenartigen Behälteroberteils 14 angeordnet
ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
hat das Vlies eine Dicke von etwa 1 mm bei einer Flächendichte von
ca. 150 g/m2.
-
An
den haubenartigen Behälteroberteil 14 ist eine
Druckleitung 17 angeschlossen, welche über ein Membranventil 18 mit
einer in der 1 nicht gezeigten Luftdruckquelle
verbindbar ist.
-
Von
der Druckleitung 17 zweigt eine Leitung 19 mit
einem Entlüftungsauslaß 20 ab,
wobei zwischen dem Entlüftungsauslaß 20 und
dem Abzweig in der Leitung 19 ein regelbares Ventil 21 angeordnet ist.
-
Es
wird nun Bezug auf 2 genommen, wo mit dem Bezugszeichen 22 ein
Rohrstück
mit einer dem Entlüftungsauslaß 20 aufweisenden
Rohrabzweigung 23 bezeichnet ist. Das Rohrstück 22 ist
an einem Ende auf ein mit der Abzweigleitung 19 verbundenes
Ventilrohr 24 aufgeschoben und über einen Dichtring 25 abgedichtet,
wobei der Dichtring auf einer Ringschulter des Ventilrohrs 24 aufliegt.
An seinem anderen Ende ist das Rohrstück 22 auf ein Ventilrohr 26 aufgeschoben
und über
einen Dichtring 27 abgedichtet.
-
An
dem Ventilrohr 26 ist ein Pneumatikzylinder 28 mit
einem beiderseitig über
Druckanschlüsse 29 und 30 beaufschlagbaren,
in der 2 nicht sichtbaren Kolben angebracht. An einer
mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange 31 ist ein Schließkörper 33 mit
einer Ventilkugel 32 und einem sich an die Ventilkugel
anschließenden,
sich verjüngenden
Strömungskörper 34 befestigt.
In dem in 2a gezeigten Zustand liegt
die Ventilkugel 32 abdichtend gegen das Rohrende des Ventilrohrs 24 an. Über den
Pneumatikzylinder 28 kann der Schließkörper 33 von der in 2a gezeigten Stellung in die in 2b gezeigte Stellung überführt und dabei in jeder Zwischenstellung
positioniert werden.
-
Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, wo das Membranventil 18 näher erläutert ist.
In der 3 ist mit dem Bezugszeichen 35 ein Ventilrohr mit
einem Rohrende bezeichnet, das durch einen Schließkörper 36 verschließbar ist.
Der durch eine Membran 37 gehalterte Schließkörper ist
im geschlossenen Zustand des Membranventils durch eine Feder 38 unter
Verformung der Membran 37 gegen das Rohrende des Ventilrohrs 35 gedrückt. Die Feder 38 liegt
mit ihrem dem Schließkörper 36 abgewandten
Ende gegen einen Block 39 an, welcher über eine Schraubverbindung 40 am
Ventilgehäuse befestigt
ist, wobei über
diese Schraubverbindung die Membran 37 zwischen dem Block 39 und
dem übrigen
Ventilgehäuse
gehaltert ist. Mit 41 ist ein Ventilrohr des Ventils 18 bezeichnet,
welches mit der Druckleitung 17 verbunden ist. Das Ventilrohr 35 ist an
die genannte (nicht gezeigte) Luftdruckquelle angeschlossen.
-
Im
folgenden wird die Funktionsweise der anhand der 1 bis 3 beschriebenen
Vorrichtung erläutert.
-
Zur
Herstellung einer Gießform
oder eines Gießformteils
wird das vorbereitete Werkzeug mit dem Werkzeugunterteil 1 und
Werkzeugoberteil 4 ggf. unter Verwendung der Haltezapfen 11 in
Verbindung mit dem mit Formsand gefüllten Behälter 7 gebracht, wie
dies in 1 dargestellt ist. Zum Einfüllen von
Formsand in den Formaufnahmeraum 2 über die durch Öffnungen 5 und 10 gebildete
Durchgänge
erfolgt eine Druckbeaufschlagung über das Membranventil 18,
wobei das Steuerventil 21 geschlossen ist.
-
Das
Membranventil 18 hat aufgrund des Verformungsverhaltens
der Membran 37 die Eigenschaft, bei ausreichendem Vordruck
sehr schnell zu öffnen,
wobei der Schließkörper 36 von
dem Rohrende des Ventilrohrs 35 unter Verformung der Membran 37 und
der Feder 38 von dem Ventilrohr 35 abgehoben wird.
Durch die schnelle Öffnung
kommt es zu einem schnellen Druckanstieg, wie dies aus dem in 4 gezeigten
Druck-Zeit-Diagramm hervorgeht. Die in den Behälter 7 über die
Druckleitung 17 einströmende
Druckluft verteilt sich in dem durch die Filtertrennwand 15 abgegrenzten
Raum innerhalb des Behälteroberteils 14 und
tritt durch die Filtertrennwand 15 hindurch, wobei der
gesamte Raum oberhalb des in den Behälter 7 eingefüllten Formsands mit
Druck erfüllt
wird.
-
Durch
den schnellen Druckanstieg kommt es zur Austreibung von Füllsand,
wie dies aus 2 hervorgeht, in den Formaufnahmeraum,
wobei dort angeordnete Formpositivteile zur Bildung einer Gießform eingeschlossen
werden. Nach Füllung
des Formaufnahmeraums 2 mit Formsand wird der Behälter 7 von
der Druckquelle getrennt, wozu das Membranventil 18 schließt. Mit
dem Schließen
des Membranventils 18 wird das Steuerventil 21 über eine
nicht gezeigte, mit den Druckanschlüssen 29 und 30 verbundene
Steuereinrichtung langsam geöffnet,
so daß der
Innendruck im Behälter 7 nicht
zu stark abfällt
und es im Behälter 7 infolge
dadurch erzeugter Strömungen
zu Aufwirbelungen von Formsand kommt, durch welche die Filtertrennwand 15 zugesetzt
werden könnte.
-
Die Öffnung des
Regelventils 21 erfolgt derart gesteuert, daß der Druckabfall
im Behälter 7 entsprechend
der Strichkurve in 4 vom Punkt 41 an abfällt, wobei
die dort gezeigte Druck-Zeit-Funktion in der obengenannten Weise
gewählt
ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Druck-Zeit-Funktion ferner so beschaffen, daß die Gesamtdauer
des Druckabfalls gleich der Dauer des Druckabfalls wäre, die
sich bei Entlüftung über das
Ventil 18 ergeben würde.
Wie der 4 zu entnehmen ist, werden bei Entlüftung über das
Regelventil 21 in der Endphase der Entlüftung größere Druckabfälle als
bei Entlüftung über das
Ventil 18 erreicht, indem der Durchlaßquerschnitt des Regelventilv 21 so
weit verstellbar ist, daß sich
ein geringerer Strömungswiderstand
als für das
Ventil 18 ergibt. Durch den Strömungskörper 34, der mit der
Ventilkugel 32 verbunden ist, kann der Durchlaßquerschnitt
in der beschriebenen Weise so variiert werden, daß sich die
in 4 gezeigte Strichkurve ergibt.
-
In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Steuerung des Druckabfalls entsprechend einer vorgegebenen
Zeitfunktion des Durchlaßquerschnitts
des Regelventils 21, d.h. einer vorgegebenen Funktion der
Stellung des über
die Kolbenstange 31 bewegten Schließkörpers 33. Dabei wird über die nicht
gezeigte Steuereinrichtung und die Druckanschlüsse 29 und 30 der
Kolben in dem Pneumatikzylinder 28 entsprechend bewegt.
-
Alternativ
zu einem vorgegebenen Zeitablauf für die Öffnung des Regelventils 21 könnte auch
eine geregelte Entspannung unter Einregelung auf eine vorgegebene
Zeitfunktion erfolgen, so daß die
Druckentspannung in dem Behälter 7 unabhängig vom
jeweiligen Füllvolumen,
das durch die im Behälter
enthaltene Formsandmenge bestimmt ist, durchgeführt werden kann. Dabei wäre es auch
denkbar, die Druck-Zeit-Funktion in Abhängigkeit von der jeweils vorhandenen
Formsandmenge unterschiedlich zu wählen, um den unterschiedlichen
Strömungsverhältnissen
im Behälter 7 gerecht
zu werden.
-
Indem
das Aufwirbeln von Formsand weitgehend unterdrückt wird, kann es nicht zu
einem Zusetzen der Filtertrennwand 15 kommen, so daß die Filtertrennwand 15 über einen
langen Zeitraum einsatzfähig
bleibt. Durch Verwendung eines textilen Filters ist die Filtertrennwand 15 gegen
schnelles Zusetzen zusätzlich
gesichert, da das flexible Material während der Druckbeaufschlagung
nicht in der Lage ist, daran angesetzte Formsandpartikel festzuhalten,
so daß das
Textilfilter bei der Druckbeaufschlagung jeweils weitgehend freigeblasen
wird.
-
Die
nach einer Füllung
in dem Behälter 7 verbliebene
Formsandmenge reicht für
weitere Auffüllungen
von Formaufnahmeräumen,
wozu der Behälter 7 dann
mit weiteren Werkzeugen in Verbindung gebracht werden kann.